Nagy teherbírású gépészeti tervezésben és ipari berendezések karbantartásában, a teherbírás pontos kiszámításával Nyomóhengeres görgős csapágyak a rendszer megbízhatóságának biztosításának alapja. Ezek a csapágyak kivételes axiális teherbíró képességükről és nagy merevségükről híresek, így széles körben használják olajfúró platformokon, nagy teherbírású extruderekben és ipari sebességváltókban. A csapágyak élettartamának maximalizálása és a berendezés katasztrofális meghibásodásának elkerülése érdekében a mérnököknek el kell sajátítaniuk a precíz számítási módszereket mind a dinamikus, mind a statikus terhelési értékekhez.
1. Az axiális teherbírás és csapágygeometria alapjai
A nyomóhengeres csapágyak teherbírásának megértéséhez először meg kell különböztetni szerkezeti különbségeiket a golyóscsapágyakétól. A hengeres görgők biztosítják Vonal Kapcsolat nem pedig a Pont Kapcsolat golyóscsapágyakban találhatók. Ez a geometriai jellemző lehetővé teszi, hogy a hengeres hengeres csapágyak ellenálljanak a hatalmas axiális tolóerőnek nagyon kis helyen. Ugyanakkor nagyobb pontosságot igényel a rezgésszabályozás és a beállítás tekintetében.
1.1 A vonalérintkezési feszültség jelentősége
A számítási folyamatban a vonalérintkező azt jelenti, hogy a nyomás a görgő teljes hosszában eloszlik. A Hertzi-féle érintkezési feszültség elmélet szerint a teherbírás számításánál figyelembe kell venni a görgők effektív hosszát. Ha a csapágyat nem megfelelően szerelték fel, ami megdöntéshez vezet, a terhelés a görgők szélére összpontosul, és „élfeszültséget” hoz létre. Ez több mint 50 százalékkal csökkentheti az elméleti terhelhetőséget. Ezért a nagyfrekvenciás keresések során a „csapágy eltolódása” továbbra is kritikus kulcsszó marad a terhelésszámításokkal kapcsolatban.
1.2 Alapvető dinamikus és statikus terhelési besorolások
- Alapvető dinamikus terhelési besorolás (Ca): Ez arra az állandó axiális terhelésre vonatkozik, amelyet a csapágy elviselhet forgás közben, hogy elérje az egymillió fordulat névleges élettartamát. Ez a legfontosabb mérőszám a berendezés élettartamának értékeléséhez.
- Alapvető statikus terhelési besorolás (C0a): Ez arra a határterhelésre vonatkozik, amelynél az érintkezési középpontban maradandó alakváltozás lép fel, miközben a csapágy álló vagy nagyon lassú fordulatszámon forog. Meghatározza a csapágy biztonságát ütési terhelés alatt vagy az indítás pillanatában. A két érték közötti különbség elsajátítása a csapágyválasztás első lépése.
2. Az alapvető dinamikus terhelési besorolás (Ca) kiszámítása ISO 281 használatával
A dinamikus teherbírás kiszámítása a csapágy kifáradási élettartamának előrejelzésének alapja. A nyomóhengeres görgőscsapágyak esetében a világszerte elismert szabvány az ISO 281 . Ez a képlet nemcsak a fizikai méreteket veszi figyelembe, hanem az anyagtechnológia és a feldolgozási pontosság teherbírásra gyakorolt hatását is.
2.1 Az ISO 281 szabványos képlet
Egysoros nyomóhengeres csapágyak esetén az alapvető dinamikus axiális terhelési Ca (Newtonban mérve) kiszámítása a következő változók segítségével történik:
Ca = fc * (Lw * cos alfa)^7/9 * Z^3/4 * Dw^29/27
2.2 Változódefiníciók és hatásuk
- fc (geometriai tényező): A csapágy adott geometriájától, tűrésosztályától és anyagminőségétől függő együttható. A jó minőségű csapágyacél (például a GCr15) jellemzően magasabb fc-értékkel rendelkezik.
- Lw (effektív görgőhossz): A görgő effektív hossza. A görgő hosszának növelése közvetlenül javítja a teherbírást, de a túl hosszú görgők jelentős csúszási súrlódást okoznak forgás közben; így a tervezőknek egyensúlyban kell tartaniuk a képarányt.
- Z (görgők száma): Minél több görgő van, annál kisebb az egyes hengerek által kifejtett erő, ami növeli az összbesorolást.
- Dw (henger átmérő): A görgő átmérője exponenciálisan befolyásolja a teherbírást, és a tervezés legérzékenyebb változója.
2.3 A besorolási élettartam kiszámítása (L10)
A Ca megszerzése után a mérnököknek ki kell számítaniuk a Besorolási élettartam (L10) . Nyomógörgős csapágyak esetén a számítási képlet a következő:
L10 = (Ca/Pa)^10/3
A 10/3 kitevő (körülbelül 3,33) azt a tényt tükrözi, hogy a gördülőcsapágyak tartósabbak a kifáradás előtt, mint a golyóscsapágyak (amelyek 3-as kitevőt használnak). Egy vállalati weboldalon ennek a pontos élettartam-előrejelzésnek a bemutatása jelentősen növeli az ügyfelek termékbe vetett bizalmát.
3. Statikus terhelhetőség (C0a) és biztonsági tényezők
Sok alkalmazásban a csapágyak nincsenek mindig nagy sebességű üzemállapotban. Például egy nehéz szelep kinyitásakor, vagy amikor egy daru rakományt emel, a csapágy álló helyzetben hatalmas nyomásnak van kitéve. Ilyen esetekben támaszkodnunk kell a ISO 76 szabvány a statikus teherbírás kiszámításához.
3.1 A maradandó deformáció megelőzése (Brinelling)
A statikus teherbírás az a terhelés, amely teljes maradandó alakváltozást eredményez a legnagyobb terhelésű henger és a futópálya érintkezési középpontjában, amely nem haladja meg a 0.0001 a görgő átmérőjétől. Ha ezt az értéket túllépjük, a csapágy erős vibrációt és zajt kelt a következő forgás során. Ezt az ipari keresések általában „Brinell-hatásnak” nevezik.
3.2 A statikus számítási képlet
A C0a statikus axiális terhelés általános képlete a következőképpen fejezhető ki:
C0a = 220 * Z * Lw * Dw * sin alfa
Az állandó 220 a szabványos edzett csapágyacél teljesítményszintjét képviseli meghatározott érintkezési feszültségek mellett.
- Biztonsági tényező (S0): A gyakorlati tervezésben bevezetünk egy S0 = C0a / P0a statikus biztonsági tényezőt. Ütközőterhelésű berendezéseknél 3 vagy nagyobb S0 ajánlott; precíziós berendezéseknél az S0-nak még magasabbnak kell lennie, hogy a képlékeny alakváltozás ne befolyásolja a pontosságot.
4. Működési összehasonlítás: terheléskorrekciós tényezők
A tényleges munkakörülmények sokkal összetettebbek, mint a laboratóriumi körülmények. A kenés, a hőmérséklet és a beépítési pontosság „korrekciós tényezőként” működik, amely közvetlenül befolyásolja a csapágy effektív terhelhetőségét.
| Hatástényezők | Változó | Hatás a kapacitásra | Ajánlások |
|---|---|---|---|
| Üzemi hőmérséklet | ft | Jelentős csökkenés 120C felett | Használjon hőstabil acélt |
| Kenési feltételek | kappa | A rossz kenés fém érintkezést okoz | Győződjön meg arról, hogy a kappa viszkozitási aránya > 1,5 |
| Igazítási hibák | béta | A kis dőlésszögek terheléskoncentrációt okoznak | Használjon gömb alakú alátéteket vagy önbeálló üléseket |
| Anyagtisztaság | aISO | A szennyeződések korai repedéshez vezetnek | Válasszon vákuum-gáztalanított vagy ESR acélt |
| Működési sebesség | n | A centrifugális erő növeli a feszültséget | Ellenőrizze a sebességkorlátozási előírásokat |
5. Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)
1. kérdés: A tolóerős hengergörgős csapágyak kezelhetik a radiális terhelést?
Nem. Ezeket a csapágyakat szigorúan axiális terhelésekre tervezték. Mivel a görgők a tengely tengelyére merőlegesen vannak elhelyezve, a sugárirányú erők súlyos súrlódást okoznak a kosárral, vagy akár a szerelvény összeomlásához is vezethetnek. Ha sugárirányú erők lépnek fel, használjon tűgörgős csapágyat kombinálva.
2. kérdés: Miért különbözik az L10 élettartam-kitevője a golyóscsapágyaktól?
Ennek oka az érintkezési mechanika különbsége. A golyóscsapágyak pontérintkezést használnak, ami nagyobb feszültségkoncentrációt és 3-as kitevőt eredményez. A hengergörgős csapágyak vonalérintkezőt használnak, amely egyenletesebben osztja el a feszültséget, így a 10/3-as kitevőt használja fel.
Q3: Hogyan befolyásolja a kenési viszkozitás a hatékony terhelést?
A kenőolaj film vastagsága határozza meg, hogy az érintkező felületek érdességcsúcsai ütköznek-e. Még akkor is, ha az elméleti terhelési név magas, ha az olaj viszkozitása túl alacsony, a tényleges élettartam kevesebb lehet, mint a számított érték 10 százaléka.
6. Hivatkozások és műszaki szabványok
- ISO 281:2007 : Gördülőcsapágyak — Dinamikus terhelési értékek és névleges élettartam.
- ISO 76:2006 : Gördülőcsapágyak – Statikus terhelési értékek.
- ANSI/ABMA szabvány 11 : A gördülőcsapágyak terhelési besorolása és kifáradási élettartama.
- Harris, T. A. és Kotzalas, M. N. : Gördülőcsapágy-elemzés, 1. és 2. kötet , CRC Press. (Az iparági szabvány csapágyelemzési tankönyv).
